一、芯片简介


1 G& t( `  A% u4 ~! t- Z- H
1.家族
1 q1 s* \  A$ U4 Z2 u( _: K( zSTM32：32代表32位MCU，有32根地址线，可以寻找4GB的地址
/ j- v# C; n% K8 \
6 Q4 b( _0 w' @) @# bSTC15单片机是8位CPU，地址以16进制表示:0x_ _ ;
STM32: 0x_ _ _ _ _ _ _ _
; {& q/ Q7 D, M
" F# C4 z5 C- Z: v8 T容量为 2^32 = 4,294,967,296 ≈ 4×10^9 (其中 1GB = 10^9)

2.产品类别
G: 支持DSP和FPU指令的可适用信号应用
+ q4 S- ^8 G4 E
像正点原子的F4，F：基础型，通用型

+ U" W/ N/ E5 k' \9 q% _3.特点功能
. `7 \1 K7 o0 u103 : STM32基础型
! p" n' f. S/ `* U407：高性能，带DSP和FPU
431: 未知

+ b% F6 V2 X; `6 p2 p4.引脚数
' p* q0 Q# c  n6 MR : 64位引脚

% D5 s+ C4 z3 O5.闪存容量
- d  F. }+ `8 t; ^+ p( D* p% bB: 128K

! y" ?, j% I/ b  I6.封装
2 g2 D& [. d+ y" s% UT：QFP封装
& ]  G5 `0 n- o2 ?5 d4 _
二、Cortex-M内核
整个芯片的组成
& q/ m" u( {. D5 E


芯片由两大部分组成的：Cortex-M内核（ARM公司设计的部分） + 外设资源（芯片制造商设计的部分）

3 Z: e6 f: N1 k; ^- s3 H

! m9 x2 `5 z8 B# L9 T( v
Cortex-M家族有一系列的处理器，STM32F103内部使用的是Cortex-M3内核，STM32G431内部使用的是Cortex-M4内核，M4比M3多了DSP信号处理和FPU浮点运算单元
* B' H! E( v* H: k* b
) j' h, w- d. l, `% @M3内核架构简化视图



6 M9 z, D% }4 |8 O3 a% P: Q0 A) zNVIC：向量中断控制器，负责中断控制以及中断处理事务
( H8 B6 R1 m7 H. T. A! V
取指令单元：取指执行，通过总线将程序从程序存储器（128K闪存）取出，交给解码器
; R) l3 R9 D7 j
4 a; l; s0 [5 A解码器：指令解码

" v/ S. d, l3 N1 L5 l& h( B: b$ pALU: 算术逻辑单元, 是中央处理器(CPU)的执行单元，是所有中央处理器的核心组成部分，由"And Gate"（与门） 和"Or Gate"（或门）构成的算术逻辑单元，主要功能是进行二位元的算术运算

* p4 n% N4 D! V) T* ]自带追踪接口和调试系统

( Q" I) }% }1 ~) d7 f) K存储逻辑运算的结果放在寄存器组中


3 p2 J. R2 I$ `% S( U
想要深入学习寄存器组的作用，参考这一篇：M3/M4内核基础
: {  W+ C- e* q# _  q7 X) l: ~2 [
三、芯片内部结构
% v$ E+ O" j3 s1.外设资源
4 j8 s& \6 Z. RSTM32G4系列控制器参考手册：查看开发板外设的资源和资源的数量
3 D4 `+ K$ V- I7 U

: ], @% ~; Y4 s6 r/ H


5 ^; l: G) f( z* d' o! f/ i; e; Y
1 n+ _8 `$ r4 i+ a! M0 {0 i* Y. z4 v
0 C5 ~: U! h8 F


' @$ H! s: W, x% `- M" ^2 M2.内部模块框图
4 L! Q! M  Q$ l3 ]1 b' ]" V! p6 ASTM32G431RB数据手册：查看外设所对应的时钟总线
6 D7 R: C/ W( ?$ G3 Z
/ E# w0 r5 H2 z3 p3 O4 `) l3 O

" t* }, ~  Z+ F4 \7 UGPIO(A-G) : 挂载在AHB2时钟总线上
) f5 q- z# J( g9 a) o5 s定时器1，8，15，16，17 ： APB2
& w0 I9 E$ ?0 b7 ^1 ?' \* f* f. _) f; n定时器2，3，4，I2C: APB1
$ l7 t! O7 w3 N% }; V9 ?0 j! IAHB1分为 APB1和APB2时钟总线
) C; J' y! M* D
) ?2 x" }$ F7 Q/ b. d
4 H: _) L# \0 ~5 u/ E8 ~
# f; X0 C7 @% x- A4 a) r- h/ z9 X3.时钟树
" e% N+ ]9 q. H7 n$ v/ o$ PSTM32G4系列微控制器参考手册： 查看时钟树
5 w2 T" ^4 N" b. |- b4 c' z3 ]9 {

7 D( B: t8 b1 r, Z  d* Z; J
时钟树：
) \( \* c) K$ @$ u7 D

9 U: Z; A9 a) s* @; d4 p
! j/ X2 x* I* t% w+ OSTM32的时钟源主要有： 内部时钟、外部时钟、锁相环倍频输出时钟。内部时钟、外部时钟又分为告诉高速、低速时钟
. j4 M9 K- j) R: W
系统时钟有三种来源：高速外部时钟(4-48Mhz)，高速内部时钟(16 Mhz), PLL锁相环倍频输出时钟
6 z! J$ M0 ?; _# H0 C
& ]& }' T, O9 W  G  H6 x' pPLL锁相环时钟来源有两种HSE和HSI，经过倍频输出

" M. Q2 o6 \- j" k7 B

OSC_IN 和OSC_OUT对应PF0,PF1时钟输入引脚

, q+ A7 y: x" b( ~# _, _+ i4 Y0 Z: @配置时钟：
" n- y, P. H* M0 y
1.在CubeMX中配置RCC选择外部时钟HSE,对应引脚起作用
! m: F! t3 L' @; ^/ v. O+ Y
8 T# t7 ]2 d) a4 L9 t' y
% j2 e$ c# R* ?& z/ ~8 b) I7 W8 k& N
2.倍频设置


: x6 I4 X  p. p5 L7 n- k
* E0 D' ^  l/ \+ p8 \. e6 M将外部时钟设置为24Mhz，经过三分频变为8Mhz, 经过锁相环乘20除以2，变为80Mhz, 将系统时钟来源选择PLLCLK , 系统时钟就是80Mhz, 再一分频得到AHB总线时钟，最终得到外设时钟。
6 W3 L) }* w/ z( B4 l$ w/ _0 P
对应代码
& e' a! x* v/ O+ l- H7 }6 q" Y

1. void SystemClock_Config(void)
   
2. {
   
3.   RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
   7 _# P* I7 e4 j. `& Z  }
4.   RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};
   8 X( c; P& G! q
5. 
   , B6 I6 A+ R- B9 s2 R& R+ ^
6.   /** Configure the main internal regulator output voltage
   
7.   */
   ' L$ \0 ]- F& ^( [! g% N
8.   HAL_PWREx_ControlVoltageScaling(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);
   
9.   /** Initializes the RCC Oscillators according to the specified parameters
   2 z- D: V2 s0 E
10.   * in the RCC_OscInitTypeDef structure.
    5 }, G9 i" a0 d/ h! P
11.   */
    
12.   RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; // 选择来源
    
13.   RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON; // 开启时钟
    
14.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    : }$ ]2 Y0 i2 {3 r2 Y
15.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    
16.   // 倍频设置
    & h+ l; y0 C, C
17.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLM = RCC_PLLM_DIV3;
    
18.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLN = 20;
    3 H3 v, b2 C( W* f3 d6 [( O
19.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLP = RCC_PLLP_DIV2;
    
20.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLQ = RCC_PLLQ_DIV2;
    
21.   RCC_OscInitStruct.PLL.PLLR = RCC_PLLR_DIV2;
    2 U; i5 S! b  ?1 J7 o
22.   if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    
23.   {
    
24.     Error_Handler();
    
25.   }
    
26.   /** Initializes the CPU, AHB and APB buses clocks
    - |3 S0 L8 s  |
27.   */
    
28.   // 由系统时钟得到对应总线的时钟
    
29.   RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
    
30.                               |RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    : }' ~/ I: p& a( c/ W
31.   RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;
    
32.   RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;
    
33.   RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    
34.   RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;
    % ]* V2 z) b% R* Y% o( V
35. 
    6 M! @# ~  Q/ b+ W. R% j
36.   if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_2) != HAL_OK)
    
37.   {
    
38.     Error_Handler();
    + Q# s+ h8 J" {9 r4 X' [
39.   }
    
40. }

复制代码

在STM32G431内部结构中，各个模块都是通过总线相连接。Cortex-M4内核相当于心脏，最高频率可达170MHz，它通过总线AHB进行数据交换，AHB分为AHB1和AHB2，AHB1又分为APB1和APB2
7 X# V( g- V- {5 E+ M


4.存储空间
查看内存映射地址：STM32G4系列微控制器参考手册


: w* {; x5 ~5 i! a
! x5 H! n1 r, K内存映射:
+ I  A, K; t- D* a% J
" L/ E) }0 i" L6 b' Y; t. X2 J4 X

内存映射分左、右两侧, 左侧是各个资源地址的大致分化，右侧是对左侧的细化
(1)Flash（闪存）
Flash：程序存储器，存储代码的地方 起始地址：0x0800 0000
2 @  {7 |: _" }
. d0 ^8 o! F! V# a8 y% _从地址 0x0800 0000 到 0x0808 0000 ，( 8 0000 )16进制 = ( 524288 )10进制，Flash memory被分配到的空间有 524KB 大小，远大于它本身的 128KB
: u. a) R0 ^" e% v9 ~
(2)RAM
RAM: 随机存储器，用于存储数据 ，起始地址：0x2000 0000

  n" l. l8 ]  b. gRAM分为：SRAM和DRAM

1.SRAM：静态RAM（S指的static），静态指的不需要刷新电路，数据不会丢失，SRAM速度非常快，是目前读写最快的存储设备
  G0 o" i% X5 _* O
: ^( {- E* {; x3 n0 m2 d% E2.DRAM：动态RAM（D指的dynamic），动态指的每隔一段时间就要刷新一次数据，才能保存数据，速度也比SRAM慢，不过它比任何的ROM都要快

& g0 U& y4 R7 j8 T0 D0 m( t(3)外设
6 Y4 A0 Z  W2 X8 H2 L# E# `外设：APB1、APB2、AHB1、AHB2 起始地址：0x4000 0000
. N" U# l- D2 \, K" c  V4 \* ~
小结：

4 I1 _3 a4 x% u+ j  @外设起始地址为 0x4000 0000
  O9 `! P6 p9 K# A( TSRAM起始地址为 0x2000 0000
Flash起始地址为 0x0800 0000

详细的外设地址（在上一页的下一页）

# c9 ^2 Y% W6 w/ Q) o# L- d

' }% T% H6 Y; o/ S可以依据蓝色字体查看外设对应寄存器分配地址
& A  s" X" w- W3 e4 ^7 v* G

" n9 A# X9 U) A: ?& y
! r) H' v" i# \# d5 ^四、BOOT启动
STM32上电启动后，程序代码从最底层地址0x0000 0000 开始运行

( T3 I4 p; \2 {6 j: ~  [
2 A' Q- a' B% V" Y
前面知道代码存储在 Flash地址0x0800 0000 中，如何让 0x0000 0000 运行的是 0x0800 0000 中的代码？ 存储器地址重映射: 将 0x0800 0000 中的代码映射到 0x0000 0000 中

映射还可以将SRAM, System memory 等地址映射到0X0000 0000处
( w: w! T& m( {) ?) \: Y4 L
' p  \* t; X2 t: m. N4 ?$ a% ~
# r4 e2 k9 A, w, t# r8 x7 \0 v
6 h* L& P, f4 W5 }" M0 |9 z映射方式的选择由BOOT1,BOOT0决定
$ }  K9 m6 x3 T3 B: M


STM32G431由于BOOT0接地，所以采用的是从flash启动
  a) k* p- `" j

, C, F& q5 R" W" P, N4 [) ^* z8 D
* T( G8 n, j( g* c" `' T$ D所以，单片机程序执行顺序




) X0 ~2 U1 U7 M+ r$ B0 `
8 x. |3 ^4 m6 I. o. t3 q/ O7 u中断向量表: 嵌套向量中断控制器(Nested Vectored Interrupt Controller),STM32向量中断统一由NVIC管理， NVIC的核心功能：中断优先级分组、中断优先级的配置、读中断请求标志、清除中断请求标志、使能中断、清除中断等，外部中断信号从核外发出，信号最终要传递到NVIC(嵌套向量中断控制器)。NVIC跟内核紧密耦合，它控制着整个芯片中断的相关功能


. k9 \" [0 L2 w7 i5 h# {  a+ g  ]
DCD表示开辟一个字空间，后边的为函数名称，函数入口地址
9 L/ I, T: z1 V3 p0 u
6 b( j! v( j! ~; C0 ]8 s6 a1.存储堆栈指针位置：先获取堆栈指针位置，告诉CPU，中间变量存储再SRAM中, 从下图可以看到首先获取堆栈指针，然后就跳转到复位中断函数

- F) h+ h7 Z5 p. g$ {6 x2 g

: h9 C/ W/ j! ~) n4 ]- _注：按照目录的排列顺序进行检索，并执行目录中地址所指向的函数

2.复位中断函数入口地址：CPU执行到这里，下一步跳转到复位中断函数
中断复位服务函数

( K* d( J  F1 W  m3 Y( u3.复位中断函数：CPU执行到这，先配置时钟，再跳转到主函数



在调用main函数之前先完成了时钟的初始化，再调用main的
) J* W9 W2 p( Y( b: D+ O; Y' k
4.主函数区域：执行主函数，进入while大循环

# {5 G2 z9 R" _5.其他中断函数入口地址：发生中断后，中断位置自动激发，告诉CPU中断入口地址，CPU去执行中断
# K6 M1 R% ]- d: C: P! X
所以，在启动文件执行的时候，内核和每个外设的中断服务函数的地址都是已经确定好的，地址就存放在中断向量表中，而且在启动文件里面已经写好了中断服务函数，只是这些中断服务函数为空，而且带[weak]弱定义
# G3 E' o& H) Q5 Y! {
/ d% X, R/ f8 W% b

3 ?' @" m- a$ i那么需要在C文件里面重新实现这个中断服务函数，用户写这个中断服务函数的时候，函数名必须跟启动文件里面写的中断函数名对应，因为函数名对应的就是中断服务函数的地址，如果中断服务函数名和启动文件的名字不一样，就默认启动文件里面预先写好的空的中断服务函数，而且是一个死循环，程序就会一直卡死在中断服务函数里面
% p' p. e! w' [/ d1 W5 L; r9 j- X$ u
五、库介绍
/ L1 X; M; l* t6 C8 I: s1.HAL库：ST官方推崇的新编程库；HAL是Hardware Abstraction Layer的缩写，中文名：硬件抽象层。HAL库是ST为STM32最新推出的抽象层嵌入式软件，可以更好的确保跨STM32产品的最大可移植性。HAL使用了比较大的Flash和SRAM。
, Q. u. {. d& u6 z
0 S& p! X+ g. \6 R+ [/ Q/ v2.LL库（Low Layer）：ST最近新增的库，与HAL捆绑发布，文档也是和HAL文档在一起的LL库更接近硬件层，对需要复杂上层协议栈的外设不适用，直接操作寄存器。其支持所有外设。使用方法：独立使用，该库完全独立实现，可以完全抛开HAL库，只用LL库编程完成。在使STM32CubeMX生成项目时，直接选LL库即可。如果使用了复杂的外设，例如USB，则会调用HAL库混合使用，和HAL库结合使用。编译后LL库只有HAL库的33%体积。

3.标准固件库：旧版本编程库；HAL库是ST未来主推的库，从前年开始ST新出的芯片已经没有STD库了
9 e; d/ Q& q2 o; Y" z: r4 t
4.寄存器编程：原始底层编程。HAL库和标准库就是ST官方对寄存器编程进行人性化封装后的产物
2 c, n: m3 k2 e
) y4 u+ _5 m: }. v5 G8 E9 V! h六、编译过程

# y" _  _3 c& a

6 K% E0 e* A! ^, [
# H/ s* t8 T. Z+ o% y
1.将 .c 文件编译和 .s 文件汇编，生成 .o 目标文件
( a' g  g# e, z4 ]
7 E% G) M; ~0 Q2.将 .o 对象文件和内存映射规范文件 通过连接器 生成可执行映像文件。MDK是生成 .axf 可执行文件

3.通过闪存编程器将可执行映像文件下载到芯片的Flash中
1 t' _8 C. k& a5 ~6 k! [$ Y

3 R5 G- Z0 r, K& |5 O4 }; H4 v
1 Q1 C3 w- N! N0 t8 o& t4 X+ ?